斜视测量设备

技术领域

本发明涉及眼科医疗器械领域，具体涉及基于图像处理的斜视测量设备。

背景技术

斜视是眼科常见的疾病，遮盖-去遮盖法(cover uncover test)和交替遮盖法(alternate cover test)是眼科临床目前常用的斜视测量方法。

遮盖-去遮盖法的基本方法是：用遮眼板依次遮盖单眼，遮盖时观察对侧眼是否有眼球移动；然后移去遮眼板，观察去除遮眼板后被遮眼是否有眼球移动。通过观察遮盖和去遮盖时眼球是否移动判断有无显斜视或隐斜视。

交替遮盖法的基本方法是：用遮眼板遮盖一眼，然后迅速移到另一眼，反复多次，观察是否有眼球移动。如有眼球移动，说明有显斜视或隐斜视。

医生在定性判断是否有斜视后，根据经验估计斜视角，然后选择相应的三棱镜置于受检者眼前，然后逐渐调整三棱镜度数，直到遮盖试验时两眼的眼球不再移动为止。

目前传统方法是比较耗费时间的。因为遮眼板不透明，医生只能看到受检者未遮挡眼睛的眼球移动，不能同时看到受检者被遮挡眼睛的眼球移动，因此需要重复多次测试。另外，定性判断有斜视后，需要反复多次调整三棱镜的度数才能得到定量结果。这样不仅耗费了医生和受检者大量的时间，而且因为很多受检者是儿童，由于缺乏耐心不易配合，还会造成无法完成测试或测试结果不准确的后果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的测量斜视的方法耗费时间，并且不易得到定量结果。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种斜视测量设备，其特征在于，包括：

显示与控制模块，包含显示装置，在显示装置上可显示视标，并且显示装置可在以下三种显示模式之间切换：

显示模式一：显示仅左眼可见的视标；

显示模式二：显示仅右眼可见的视标；

显示模式三：显示双眼可见的视标；

图像拍摄与处理模块，包含至少1个近红外摄像机和至少1个近红外光源，可连续拍摄左眼和右眼的图像，任意一只眼睛无论是否可以看见视标都可被近红外摄像机拍摄到此眼睛所在区域的图像；并包含图像处理功能，可对拍摄到的所在区域的图像进行图像处理计算，得到左眼瞳孔中心坐标、左眼各个角膜反光点中心坐标、右眼瞳孔中心坐标、右眼各个角膜反光点中心坐标；

标定模块，在斜视测量之前，用于对左眼和右眼分别进行单眼标定；左眼单眼标定时，显示与控制模块显示仅左眼可见的标定视标；右眼单眼标定时，显示与控制模块显示仅右眼可见的标定视标；通过标定算法得到左眼的标定映射函数，即左眼瞳孔中心坐标、左眼各个角膜反光点中心坐标、显示与控制模块的显示平面上左眼眼动点坐标之间的函数对应关系；通过标定算法得到右眼的标定映射函数，即右眼瞳孔中心坐标、右眼各个角膜反光点中心坐标、显示与控制模块的显示平面上右眼眼动点坐标之间的函数对应关系；

眼动点计算模块，在标定结束后，通过左眼瞳孔中心坐标、左眼各个角膜反光点中心坐标和左眼标定映射函数计算得到左眼眼动点坐标；通过右眼瞳孔中心坐标、右眼各个角膜反光点中心坐标和右眼标定映射函数计算得到右眼眼动点坐标；

数据分析模块，在斜视测量时，在指定位置显示测量视标，用于对眼动点计算模块得到的左眼的眼动点坐标和右眼的眼动点坐标进行数据分析；定义左眼眼动点偏离向量为以测量视标位置坐标为始点以左眼眼动点坐标为终点的矢量，左眼眼动点偏离向量的长度为左眼眼动点偏离距离；定义右眼眼动点偏离向量为以测量视标位置坐标为始点以右眼眼动点坐标为终点的矢量，右眼眼动点偏离向量的长度为右眼眼动点偏离距离；设置两个距离阈值L

优选地，所述数据分析模块判断为存在斜视时，斜视度是眼动点偏离距离≥L

优选地，所述图像拍摄与处理模块，还可以根据眼睛图像识别左眼虹膜的特征和右眼虹膜的特征；

所述标定模块，还可以在斜视测量之前，对左眼进行单眼标定时，记录左眼虹膜的特征作为左眼虹膜旋转测量基准；对右眼进行单眼标定时，记录右眼虹膜的特征作为右眼虹膜旋转测量基准；

所述数据分析模块，还可以在斜视测量阶段，根据标定模块所确定的左眼虹膜旋转测量基准和右眼虹膜旋转测量基准，及图像拍摄与处理模块测得的左眼虹膜特征和右眼虹膜特征与左眼虹膜旋转测量基准及右眼虹膜旋转测量基准的特征差异，计算左眼虹膜和右眼虹膜旋转的角度；设置两个角度阈值H

优选地，所述数据分析模块被设置为执行以下步骤：

(a)显示与控制模块显示双眼可见的视标，如双眼的眼动点偏离距离都＜L

(b)如步骤(a)的结果为A1，显示与控制模块切换为仅显示单眼可见视标的模式，所述单眼为左眼或右眼任意一只眼睛，视标位置不变；

如双眼的眼动点偏离距离都＜L

如不能看见视标的眼的眼动点偏离距离≥L

(c)如步骤(a)的结果为A2，显示与控制模块切换为仅EYE1眼可见视标的模式，视标位置不变；保持此过程几秒钟，在此期间EYE1眼的眼动点偏离距离从≥L

然后将显示与控制模块切换为显示双眼可见的视标；

如EYE1眼的眼动点偏离距离从＜L

如EYE1眼的眼动点偏离距离仍保持＜L

优选地，在不同的显示模式切换时，视标位置不变，记录显示模式切换前后的左右眼眼动点坐标；定义左眼眼动点移动向量为以显示模式切换前的左眼眼动点坐标为始点，以显示模式切换后的左眼眼动点坐标为终点的矢量；左眼眼动点移动向量的长度记为左眼眼动点移动距离；定义右眼眼动点移动向量为以显示模式切换前的右眼眼动点坐标为始点，以显示模式切换后的右眼眼动点坐标为终点的矢量；右眼眼动点移动向量的长度记为右眼眼动点移动距离；

所述数据分析模块被设置为执行以下步骤：

(a)显示与控制模块显示双眼可见的视标；设双眼分别为X1眼和X2眼；

(b)显示与控制模块切换为仅X1眼可见的视标；

如双眼的眼动点移动距离都＜L

如X1眼眼动点移动距离＜L

如双眼的眼动点移动距离都≥L

(c)显示与控制模块显示双眼可见的视标；

如双眼的眼动点移动距离都＜L

如此时X1眼眼动点移动距离＜L

如双眼的眼动点移动距离都≥L

(d)显示与控制模块显示仅X2眼可见的视标；

如双眼的眼动点移动距离都＜L

如此时X1眼眼动点移动距离≥L

如双眼的眼动点移动距离都≥L

(e)显示与控制模块显示双眼可见的视标；

如双眼的眼动点移动距离都＜L

如此时X1眼眼动点移动距离≥L

如双眼的眼动点移动距离都≥L

(f)完成以上步骤后，如同时满足B3、C3、D3、E3，判断无显斜视，也无隐斜视；

如同时满足B4、C4、D4、E4，判断有隐斜视，斜视度是步骤(b)B4中X2眼眼动点移动距离所换算的三棱镜度；

如同时满足B3、C3、D5、E3，判断有交替性显斜视，斜视度是步骤(d)D5中任意一眼眼动点移动距离所换算的三棱镜度；

如同时满足B5、C5、D3、E3，判断有单眼性显斜视，X1眼为斜视眼，斜视的方向是步骤(c)C5中X1眼眼动点移动向量的方向，斜视度是步骤(c)C5中X1眼眼动点移动距离所换算的三棱镜度；

如同时满足B3、C3、D5、E5，判断有单眼性显斜视，X2眼为斜视眼，斜视的方向是步骤(e)E5中X2眼眼动点移动向量的方向，斜视度是步骤(e)E5中X2眼眼动点移动距离所换算的三棱镜度。

优选地，所述数据分析模块中，在不同的显示模式切换时，视标位置不变，记录显示模式切换前的左右眼眼动点坐标和显示模式切换后的左右眼眼动点坐标；定义左眼眼动点移动向量为以显示模式切换前的左眼眼动点坐标为始点，以显示模式切换后的左眼眼动点坐标为终点的矢量，左眼眼动点移动向量的长度记为左眼眼动点移动距离；定义右眼眼动点移动向量为以显示模式切换前的右眼眼动点坐标为始点，以显示模式切换后的右眼眼动点坐标为终点的矢量，右眼眼动点移动向量的长度记为右眼眼动点移动距离；

显示与控制模块交替显示仅左眼可见的视标及仅右眼可见的视标；

如果在交替显示的过程中，双眼的眼动点移动距离都＜L

如果在交替显示的过程中，双眼的眼动点移动距离都≥L

优选地，在测得斜视度后，在斜视眼前放置相应度数的三棱镜，重新进行测量；如重新进行测量时，在各种显示模式下两只眼睛的眼动点偏离距离都＜L

优选地，每只眼睛仅能被图像拍摄与处理模块中的1个近红外摄像机所拍摄；

所述标定模块分两个阶段进行标定：

第一阶段是在显示与控制模块中的显示模块上N个不同位置依次显示标定视标，其中2≤N≤9；通过将左眼看标定视标时的瞳孔角膜向量和标定视标坐标代入标定映射函数方程组，解出标定映射函数系数后，得到第一阶段左眼标定映射函数；通过将右眼看标定视标时的瞳孔角膜向量和标定视标坐标代入标定映射函数方程组，解出标定映射函数系数后，得到第一阶段右眼标定映射函数；

第二阶段是在显示斜视测量视标的位置上进行单点标定，依次显示仅左眼可见的标定视标和仅右眼可见的标定视标，顺序不限，对受检者进行视标所在点的第一阶段左眼标定映射函数和第一阶段右眼标定映射函数进行平移校准；如需在不同位置进行斜视测量，则在每个位置的斜视测量前，都进行该位置的平移校准。

优选地，每只眼睛能被图像拍摄与处理模块中的至少2个近红外摄像机所拍摄；图像拍摄与处理模块中包含至少2个近红外光源；2个近红外摄像机、2个近红外光源与显示与控制模块的显示装置之间的相对位置是固定的且相对位置已知；

所述标定模块，是在斜视测量视标显示的位置，依次显示仅左眼可见的标定视标和仅右眼可见的标定视标，顺序不限，对左眼和右眼进行单点标定；标定的算法是通过双摄像机进行双目视觉测量，通过测量至少2个近红外光源的角膜反射点虚像确定角膜球心的3维空间坐标，再测量瞳孔中心的3维空间坐标，根据瞳孔中心坐标和角膜球心坐标的连线确定眼睛光轴；通过单点标定校正Kappa角，即得到准确的视轴三维空间方程，视轴和显示装置显示平面的交点即是眼动点。

优选地，所述显示与控制模块包含显示装置和控制装置，还包含两块可移动的滤光片，分别为左滤光片和右滤光片，左滤光片和右滤光片都可透过近红外光且不可透可见光；通过控制装置，左滤光片可移动到左眼和显示装置之间，使左眼不能看到显示装置，也可移动到不遮盖左眼的位置，使左眼可以看到显示装置；右滤光片可移动到右眼和显示器之间，使右眼不能看到显示装置，也可移动到不遮盖右眼的位置，使右眼可以看到显示装置；通过控制左滤光片和右滤光片的位置，即可实现：在显示装置显示视标时，或仅左眼可见视标，或仅右眼可见视标，或双眼可见视标；

所述图像拍摄与处理模块，在左滤光片遮盖左眼时可通过左滤光片拍摄到左眼的图像，在右滤光片遮盖右眼时可通过右滤光片拍摄到右眼的图像。

优选地，所述显示与控制模块中包含显示装置，可只发出波长为λ

所述显示与控制模块还包含两个滤光片，左滤光片位于左眼和显示装置之间，右滤光片位于右眼和显示装置之间，左滤光片可透过波长为λ

左眼通过左滤光片能看到显示装置显示的波长为λ

所述图像拍摄与处理模块可通过左滤光片拍摄到左眼的图像，可通过右滤光片拍摄到右眼的图像。

优选地，所述显示与控制模块中包含显示装置，可只发出PZ1类型的偏振光，也可只发出PZ2类型的偏振光，也可同时发出PZ1类型的偏振光和PZ2类型的偏振光；

所述显示与控制模块还包含两个偏振片，其中左偏振片位于左眼和显示装置之间，右偏振片位于右眼和显示装置之间；左偏振片可透过PZ1偏振光及近红外光，不可透PZ2偏振光；右偏振片可透过PZ2偏振光及近红外光，不可透PZ1偏振光；当显示装置显示仅由PZ1偏振光构成的视标时，则左眼通过左偏振片能看到视标，右眼通过右偏振片不能看见视标；当显示装置显示仅由PZ2偏振光构成的视标时，则右眼通过右偏振片能看到视标，左眼通过左偏振片不能看到视标；在显示装置同时发出PZ1偏振光和PZ2偏振光构成的视标时，左眼和右眼双眼可见视标；

所述图像拍摄与处理模块可通过左偏振片拍摄到左眼的图像，可通过右偏振片拍摄到右眼的图像。

优选地，所述显示与控制模块包含的显示装置为裸眼3D显示器，可显示仅左眼可见的视标，或仅右眼可见的视标，或显示双眼可见的视标。

优选地，所述显示与控制模块包含显示装置和自动快门装置，自动快门装置包含左快门镜片和右快门镜片，左快门镜片位于左眼和显示装置之间，右快门镜片位于右眼和显示装置之间；在显示装置显示仅左眼可见的视标时，左快门镜片打开，右快门镜片关闭，此时仅左眼可见视标；在显示装置显示仅右眼可见的视标时，右快门镜片打开，左快门镜片关闭，此时仅右眼可见视标；在显示装置显示双眼可见的视标时，左快门镜片和右快门镜片都打开，双眼可见视标。

优选地，所述显示与控制模块中的显示装置为虚拟现实、增强现实、或可穿戴眼镜式装置。

优选地，所述显示与控制模块包含显示装置，显示装置是显示器、投影仪、LED灯、或实际物体做成的视标。

优选地，所述图像拍摄与处理模块中包含微型近红外摄像头，可在靠近眼睛的距离进行拍摄。

优选地，还包含透可见光且反射近红外光的模块，为平面片状，位于眼睛和显示与控制模块中的显示装置之间，近红外摄像机可通过透可见光且反射近红外光的模块拍摄眼睛图像，眼睛可通过透可见光且反射近红外光的模块看到显示装置所显示的视标。

优选地，在所述显示与控制模块中，可在显示装置的不同方位显示视标，进行斜视测量；或视标位置不变，通过头在不同角度的转动达到测量不同方位斜视度的目的。

优选地，所述显示与控制模块中的显示装置和人眼的距离是可调整的，可调范围是30cm至6m；每次距离调整后，重新用标定模块进行标定。

优选地，所述显示与控制模块还包含可调节的透镜，可通过调节透镜模拟不同的视标距离，模拟的视标距离范围是30cm至6m。

优选地，所述数据分析模块可以在斜视测量阶段计算不同显示模式切换时眼动点移动的实时速度、最大速度、平均速度，并计算不同显示模式切换时眼球移动的实时速度、最大速度、平均速度。

优选地，所述数据分析模块可以在斜视测量阶段去除双眼同时移动的无效数据，即显示斜视测量视标时，双眼同时、同方向、同移动距离的眼动点数据，且左眼眼动点和右眼眼动点都没有落在视标位置附近；防止数据分析时的误判断。

优选地，所述数据分析模块可以在斜视测量阶段去除眨眼的数据，防止数据分析时的误判断。

优选地，所述数据分析模块可以在斜视测量阶段计算眼球震颤的幅度，并将眼球震颤幅度超过一定阈值的眼睛的眼动点数据进行滤波后再进行数据分析。

本发明具有的有益效果是：可以有效节约医生和受检者的时间，可以快速得到定性和定量斜视测量结果，且测试结果直观，准确。

附图说明

图1是实施例一中的斜视测量设备各组成部分的示意图；

图2是实施例三中显示器、2个摄像机、2个光源、左右眼的相对位置关系示意图；

图3是实施例三中双摄像机系统对瞳孔中心的三维空间定位原理示意图；

图4是实施例三中眼球光轴计算原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例公开的一种斜视测量设备，包括显示与控制模块、图像拍摄与处理模块、标定模块、眼动点计算模块、数据分析模块。

在本实施例中，显示与控制模块包含一个显示器101；包含两块可移动的滤光片，分别为左滤光片102和右滤光片103，都可透过850nm的近红外光且不可透可见光。显示与控制模块还包含控制装置，通过控制装置，左滤光片102可移动到左眼和显示器101之间遮盖左眼，使左眼不能看到显示器101；也可移动到不遮盖左眼的位置，使左眼可以看到显示器101。右滤光片103可移动到右眼和显示器101之间遮盖右眼，使右眼不能看到显示器101；也可移动到不遮盖右眼的位置，使右眼可以看到显示器101。通过控制左滤光片102和右滤光片103的位置的移动，即可实现：在显示器101显示视标时，或仅左眼可见视标，或仅右眼可见视标，或双眼可见视标。视标分为两类：在标定时显示的视标为标定视标，在斜视测量时显示的视标为斜视测量视标(简称为测量视标)。标定视标和测量视标所显示的位置可以相同也可以不同，形状不限。

图像拍摄与处理模块包含1台近红外摄像机，及2个发光波长为850nm的LED近红外光源，2个近红外光源位于近红外摄像机的两侧，为点光源，近红外摄像机和近红外光源放置于图像拍摄与处理模块的机壳内。图像拍摄与处理模块位于显示器101下方。因为左滤光片102和右滤光片103都可透过近红外光，因此无论左滤光片102和右滤光片103是否处于遮盖眼睛的位置，图像拍摄与处理模块中的近红外摄像机都可拍摄到人左眼和右眼的图像。近红外光源提供近红外摄像机拍摄的照明，并通过角膜外表面的反射产生角膜反光点，可被近红外摄像机拍摄到，作为眼动点计算的参考点。图像拍摄与处理模块可对所拍摄的眼睛图像进行图像处理计算，得到左眼瞳孔中心坐标、左眼各个角膜反光点中心坐标、右眼瞳孔中心坐标、右眼各个角膜反光点中心坐标。本实施例中所用的图像处理算法是：因为近红外摄像机拍摄到的角膜反光点亮度高，灰度级可达255，两个角膜反光点成对出现且距离接近。根据此特性可从红外摄像机拍摄到的整幅图像中找到左眼和右眼所在的图像区域。设置一个高于瞳孔的灰度而低于周围虹膜、皮肤区域灰度的灰度阈值，低于所述灰度阈值的区域标记为可能的瞳孔区域；然后设置一个排除掉眼睫毛等较小的黑色物体干扰的面积阈值，从而确定瞳孔所在的准确区域。根据左眼瞳孔区域的中心得到左眼瞳孔中心的坐标；根据左眼两个角膜反光点中心坐标的平均坐标得到左眼角膜反光点中心坐标。左眼瞳孔中心坐标减去左眼角膜反光点中心坐标得到左眼的瞳孔角膜向量。同理可得到右眼的瞳孔中心坐标、右眼各个角膜反光点中心坐标、右眼瞳孔角膜向量。

在本实施例中，还包含一台电子计算机105。图像拍摄与处理模块的图像处理算法、标定模块、眼动点计算模块、数据分析模块都是运行在该电子计算机105上的程序。为了进一步提高图像拍摄与处理模块拍摄图像的清晰度，及减小头动带来的斜视测量误差，本实施例中使用一个头部固定支架106进行头部固定。

标定模块的作用是，在斜视测量之前对左眼和右眼分别进行标定。左眼单眼标定时，显示器101显示标定点视标，此时左滤光片102不遮盖左眼，右滤光片103遮盖右眼。右眼单眼标定时，显示器101显示标定点视标，此时右滤光片103不遮盖右眼，左滤光片102遮盖左眼。通过标定算法得到左眼的标定映射函数及右眼的标定映射函数。

眼动点计算模块的作用是，在标定结束后，通过左眼瞳孔角膜向量和左眼标定映射函数计算得到左眼眼动点坐标；通过右眼瞳孔角膜向量和右眼标定映射函数计算得到右眼眼动点坐标。

数据分析模块的作用是，在斜视测量时，在指定位置显示测量视标，对眼动点计算模块得到的左眼的眼动点坐标和右眼的眼动点坐标进行数据分析；定义左眼眼动点偏离向量为以测量视标位置坐标为始点以左眼眼动点坐标为终点的矢量，左眼眼动点偏离向量的长度为左眼眼动点偏离距离，并可分解为水平分量和垂直分量；定义右眼眼动点偏离向量为以测量视标位置坐标为始点以右眼眼动点坐标为终点的矢量，右眼眼动点偏离向量的长度为右眼眼动点偏离距离，并可分解为水平分量和垂直分量；通过在不同显示模式下的测试，判断有无斜视，及斜视的类型和斜视度。

具体测试的步骤如下：

(一)受检者坐在本测试设备前，将下巴放在头部固定支架106上，眼睛朝向显示器101方向。两只眼睛距离显示器101为33cm。图像拍摄与处理模块中的近红外摄像机连续拍摄包含双眼区域的图像，并实时计算瞳孔中心和角膜反光点中心，得到左眼瞳孔角膜向量和右眼瞳孔角膜向量。

(二)标定

眼动点为眼球视轴和显示器101显示平面的交点。左眼眼动点是左眼视轴和显示平面的交点，右眼眼动点是右眼视轴和显示平面的交点。

当眼睛可以看见显示器101上视标时，这只眼睛的眼动点就是它在显示平面上所注视的位置。而当某一只眼睛被遮盖后，虽然这只眼睛看不见显示器101上的视标，但其视轴仍存在，视轴所在直线与显示平面的交点为这只被遮盖眼的眼动点。

计算眼动点的方法，第一种是使用单摄像机系统，通过多点标定得到所拍摄图像中瞳孔角膜向量(二维)和显示平面眼动点坐标(二维)的映射关系，即映射函数；第二种是通过双目摄像机系统通过1点标定直接计算三维视轴，然后计算视轴和显示平面的交点得到眼动点坐标。

本实施例以第一种方法为例。标定模块分两个阶段进行标定：

第一阶段是在显示器101上N个不同位置依次显示标定视标，其中2≤N≤9；将左眼看标定视标时的瞳孔角膜向量和标定视标坐标代入标定映射函数方程组，解出左眼标定映射函数系数后，得到第一阶段左眼标定映射函数；将右眼看标定视标时的瞳孔角膜向量和标定视标坐标代入标定映射函数方程组，解出右眼标定映射函数系数后，得到第一阶段右眼标定映射函数。标定模块对左眼和右眼分别进行标定，左右眼标定的先后顺序不限。本实施例中，以9点标定为例，标定视标是在显示器101中央、左、右、上、下、左上、右上、左下、右下的9个位置的点，这9个点的位置是已知且确定的。

下面以左眼的第一阶段的9点标定过程为例。

设x

使用如下映射函数①：

a

因为9个标定视标的在显示平面上的坐标(x

因为此时方程数大于未知变量的个数，需按最小二乘法解超定方程组，求得最小二乘解a

如标定视标的个数N在6至8之间，则上述方程组②的方程个数为2N，仍可解出映射函数①所需的a

如标定点的个数N在2至5之间，则将映射函数①右侧的多项式个数进行相应减少。例如，当N＝3时，设映射函数③为：

然后将在眼睛看这3个标定点时，所计算出标定点瞳孔角膜向量代入映射函数，通过解方程组可得到a

以9点标定的映射函数①为例，因为a

使用上述步骤，左眼和右眼分别进行第一阶段标定后，就求出了左眼的第一阶段标定映射函数和右眼的第一阶段标定映射函数。

第一阶段的标定得到了整个显示平面上眼动点坐标和瞳孔角膜向量的映射函数关系。通过第一阶段的标定，眼睛看显示平面上任意位置时的眼动点坐标(x

第二阶段标定是在显示斜视测量视标的位置上，依次显示仅左眼可见的标定视标和仅右眼可见的标定视标，顺序不限，对受检者进行视标所在点的标定映射函数的平移校准。例如斜视测量时，斜视测量视标需要在显示平面一个指定位置(X

即第二阶段平移校准后的左眼眼动点坐标为(x

然后使仅右眼可见标定视标，用同样的方法对右眼进行第二阶段的标定。这样就可使受检者在完成第二阶段标定后，进行斜视测量时，仅左眼可见测量视标时左眼眼动点能准确和测量视标重合，仅右眼可见视标时右眼眼动点能准确和视标重合。如需在显示器不同位置进行斜视测量，则在每个位置的斜视测量前，都在斜视测量视标所在位置进行第二阶段标定(测试距离不变时，第一阶段的标定不需要重复)。

(三)在标定结束后的斜视测量阶段，眼动点计算模块根据图像拍摄与处理模块得到的左眼瞳孔角膜向量，代入左眼标定映射函数，即可计算左眼的眼动点坐标；根据图像拍摄与处理模块拍摄并计算得到的右眼瞳孔角膜向量，代入右眼标定映射函数，即可计算右眼的眼动点坐标。另外，将左眼眼动点偏离向量定义为以测量视标位置坐标为始点，以左眼眼动点坐标为终点的矢量，左眼眼动点偏离向量的长度为左眼眼动点偏离距离；将右眼眼动点偏离向量定义为以测量视标位置坐标为始点，以右眼眼动点坐标为终点的矢量，右眼眼动点偏离向量的长度为右眼眼动点偏离距离。

(四)数据分析模块在斜视测量阶段判断有无斜视，如有斜视可判断斜视的类型和定量的斜视度。

在医学上，可对斜视做如下分类：从融合功能对眼位偏斜的控制状况可分类为显斜视和隐斜视。从注视情况分类可分为单眼性斜视和交替性斜视。从眼球偏斜的方向可分为水平斜视、垂直斜视、旋转斜视。

显斜视：也称显性斜视，是不能被融合机制控制的眼位偏斜。

隐斜视：也称隐性斜视，或隐斜，是能够被融合机制控制的潜在眼位偏斜，只有在打破融合时才发生眼位偏斜。

单眼性斜视：斜视只存在于某一眼。

交替性斜视：两眼可以自主交替注视。

水平斜视：水平方向的斜视，其中向内侧(鼻侧)偏斜为内斜视，向外侧(颞侧)偏斜为外斜视。

垂直斜视：垂直方向上的斜视。

混合型斜视：含有两种或多种成分的斜视。

数据分析模块的工作原理是：设置两个距离阈值L

当数据分析模块判断为存在斜视时，斜视度是眼动点偏离距离≥L

为进一步确定斜视的类型，数据分析模块可以采取以下三种方式：

第一种方式为快速检查方式。

因为传统的遮盖-去遮盖法医生只能看见受检者眼睛在未遮盖状态时的眼球移动，而本设备不仅可以拍摄受检者眼睛在未遮盖状态时的眼球移动，还可以拍摄受检者眼睛被遮盖时的眼球移动，还可以定量计算眼动点的位置，以及眼动点和测量视标位置的偏差，因此可以得到更多的有用信息。利用这些信息，发明人设计了快速检查方式。数据分析模块被设置为执行以下步骤：

(a)显示与控制模块在显示器中央位置显示双眼可见的视标。因为如果存在斜视，在显示模式切换时眼球可能会发生移动，所以在显示模式切换几秒钟后眼动点保持在稳定的位置时，再通过眼动点计算模块计算此时左眼的眼动点坐标和右眼的眼动点坐标。左右眼的眼动点坐标与测量视标位置坐标相减得到左右眼的眼动点偏离向量，眼动点偏离向量的长度为眼动点偏离距离。

如双眼的眼动点偏离距离都＜L

(b)如步骤(a)的结果为A1，显示与控制模块切换为仅单眼可见视标的模式，所述单眼为左眼或右眼任意一只眼睛，视标位置不变；

如双眼的眼动点偏离距离都＜L

如不能看见测量视标的眼的眼动点偏离距离≥L

(c)如步骤(a)的结果为A2，显示与控制模块切换为仅EYE2眼可见视标的模式，视标位置不变；保持此过程几秒钟，在此期间EYE1眼的眼动点偏离距离从≥L

然后将显示与控制模块切换为显示双眼可见的视标；

如EYE1眼的眼动点偏离距离从＜L

如EYE1眼的眼动点偏离距离仍保持＜L

例如，某受检者使用本方式进行斜视测量的具体过程如下：首先通过标定，使受检者左右眼分别单眼看显示器中央的视标时，都能使眼动点和视标点较好地重合，眼动点偏离距离＜1°，接近0°。然后在T

第二种方式是对传统的遮盖-去遮盖法的模拟。与传统的方法相比，本发明的设备可以自动化进行，并且可同时得到定量结果和定性结果。

数据分析模块中，在不同的显示模式切换时，视标位置不变，记录显示模式切换前后的左右眼眼动点坐标；定义左眼眼动点移动向量为以显示模式切换前的左眼眼动点坐标为始点，以显示模式切换后的左眼眼动点坐标为终点的矢量；左眼眼动点移动向量的长度记为左眼眼动点移动距离；定义右眼眼动点移动向量为以显示模式切换前的右眼眼动点坐标为始点，以显示模式切换后的右眼眼动点坐标为终点的矢量；右眼眼动点移动向量的长度记为右眼眼动点移动距离。

因为如果存在斜视，在显示模式切换时眼球可能会发生移动，所以模式切换后的眼动点坐标是在显示模式切换几秒钟后眼动点保持在稳定的位置时进行记录的。

数据分析模块被设置为执行以下步骤：

(a)显示与控制模块在显示器中央位置显示双眼可见的视标；

(b)显示与控制模块切换为仅左眼可见的视标；

如双眼的眼动点移动距离都＜L

如左眼眼动点移动距离＜L

如双眼的眼动点移动距离都≥L

(c)显示与控制模块显示双眼可见的视标；

如双眼的眼动点移动距离都＜L

如此时左眼眼动点移动距离＜L

如双眼的眼动点移动距离都≥L

(d)显示与控制模块显示仅右眼可见的视标；

如双眼的眼动点移动距离都＜L

如此时左眼眼动点移动距离≥L

如双眼的眼动点移动距离都≥L

(e)显示与控制模块显示双眼可见的视标；

如双眼的眼动点移动距离都＜L

如此时左眼眼动点移动距离≥L

如双眼的眼动点移动距离都≥L

(f)完成以上步骤后，如同时满足B3、C3、D3、E3，判断无显斜视，也无隐斜视；

如同时满足B4、C4、D4、E4，判断有隐斜视，斜视度是步骤(b)B4中右眼眼动点移动距离所换算的三棱镜度；

如同时满足B3、C3、D5、E3，判断有交替性显斜视，斜视度是步骤(d)D5中任意一眼眼动点移动距离所换算的三棱镜度；

如同时满足B5、C5、D3、E3，判断有单眼性显斜视，左眼为斜视眼，斜视的方向是步骤(c)C5中左眼眼动点移动向量的方向，斜视度是步骤(c)C5中左眼眼动点移动距离所换算的三棱镜度；

如同时满足B3、C3、D5、E5，判断有单眼性显斜视，右眼为斜视眼，斜视的方向是步骤(e)E5中右眼眼动点移动向量的方向，斜视度是步骤(e)E5中右眼眼动点移动距离所换算的三棱镜度。

需要说明的是：上述方式的步骤(a)至步骤(e)是按照“双眼-左眼-双眼-右眼-双眼”的顺序进行的，也可以按照“双眼-右眼-双眼-左眼-双眼”的顺序进行，其判断的原理是相似的。

如斜视的方向为水平斜视，则水平方向斜视度为相应眼动点移动距离所换算的三棱镜度；如斜视的方向为垂直斜视，则垂直方向斜视度为相应眼动点移动距离所换算的三棱镜度；如斜视的方向为水平方向和垂直方向混合的混合型斜视，则可将眼动点移动距离分解为水平分量和垂直分量后，再用水平分量换算成三棱镜度作为水平方向斜视度，用垂直分量换算成三棱镜度作为垂直方向斜视度。

第三种方式是对传统的交替遮盖法的模拟。与传统的方法相比，本发明的设备可以自动化进行并可得到定量的斜视度。

数据分析模块中，在不同的显示模式切换时，视标位置不变，记录显示模式切换前后的左右眼眼动点坐标；将左眼眼动点移动向量定义为以显示模式切换前的左眼眼动点坐标为始点，以显示模式切换后的左眼眼动点坐标为终点的矢量，左眼眼动点移动向量的长度记为左眼眼动点移动距离；将右眼眼动点移动向量定义为以显示模式切换前的右眼眼动点坐标为始点，以显示模式切换后的右眼眼动点坐标为终点的矢量，右眼眼动点移动向量的长度记为右眼眼动点移动距离。

因为如果存在斜视，在显示模式切换时眼球可能会发生移动，所以模式切换后的眼动点坐标是在显示模式切换几秒钟后眼动点保持在稳定的位置时进行记录的。

数据分析模块被设置为执行以下步骤：在显示器中央位置显示测量视标，滤光片交替遮盖左眼和右眼数次，每次持续数秒钟。

如果在交替遮盖的过程中，双眼的眼动点移动距离都＜L

如果在交替遮盖的过程中，双眼的眼动点移动距离都≥L

如斜视的方向为水平斜视，则水平方向斜视度为相应眼动点移动距离所换算的三棱镜度；如斜视的方向为垂直斜视，则垂直方向斜视度为相应眼动点移动距离所换算的三棱镜度；如斜视的方向为水平方向和垂直方向混合的混合型斜视，则可将眼动点移动距离分解为水平分量和垂直分量后，再用水平分量换算成三棱镜度作为水平方向斜视度，用垂直分量换算成三棱镜度作为垂直方向斜视度。

(五)在步骤四中用任意一种方式确定斜视的类型和斜视度后，在受检者斜视眼前放置相应度数的三棱镜，使进入其眼内的光线经三棱镜折射后准确地落在斜视眼的黄斑中心凹。然后重新进行上一个步骤的测试。如重新进行测试时在各种显示模式下两只眼睛的眼动点偏离距离都＜L

(六)如需要测量不同方位的斜视度，可以在显示器101的相应的各个位置上，显示斜视测量的视标。重复上述步骤进行斜视的测量。

或者显示器101的视标位置不变，通过受检者的头在不同角度的转动达到测量不同方位的斜视度的目的。受检者头上还可以佩戴能定量测试头部转动角度的装置，以便医生可以准确判断受检者头部转动的角度。

(七)如需在不同的距离进行斜视测量，显示与控制模块中的显示装置101和人眼的距离是可调整的，可调范围是30cm至6m；每次距离调整后，需重新用标定模块进行标定。调整显示装置101的距离时，图像拍摄与处理模块和人眼的距离可以保持不变。

还有一种实现调整测试距离的方式是：通过可调节的透镜模拟不同的视标距离，模拟的视标距离范围是30cm至6m。

另外，眼动点计算模块可以记录在斜视测量阶段所有时刻的眼动点坐标，数据分析模块可以计算不同显示模式切换时眼动点移动的实时速度、最大速度、平均速度，即不同显示模式切换时眼球移动的实时速度、最大速度、平均速度。这些指标可以作为医生后期诊断及治疗的参考。

本设备在进行斜视测量时，受检者有时因为注意力不集中或环境干扰，出现了无意识的视线的偏离。为防止这类情况导致的误判断，本设备的数据分析模块可以在斜视测量阶段自动去除双眼同时移动的无效数据。具体方法是：如某一段时间出现双眼同时、同方向、同移动距离的眼动点数据，且这段时间双眼的眼动点偏离距离都≥L

在斜视测量过程中，受检者可能会有眨眼，眨眼会对斜视测量的准确性造成干扰。因此，本设备的数据分析模块可以自动去除眨眼的数据。具体方法是：在图像拍摄与处理模块拍摄眼睛图像时，实时计算瞳孔区域的面积及角膜反光点的个数，如在某一个时间段，依次发生以下图像特征：(1)瞳孔面积变小；(2)角膜反光点个数变为0；(3)角膜反光点个数恢复为正常个数，本实施例为每只眼睛两个角膜反光点；(4)瞳孔面积恢复正常；且以上4个阶段经历的时间不超过500ms。如满足上述特征，则数据分析模块将此时间段的眼动数据标记为眨眼，不参与斜视的判断以避免误判。

还有一部分受检者的眼球存在眼球震颤，体现在眼动点的计算上也会导致眼动点数据的波动，如果眼动点波动的幅度超过了L

同时，本设备所拍摄的图像、视频、所计算的眼动点坐标、波形图等信息，及数据分析的过程与结果等，都可实时显示或保存到计算机的数据库中，供医生进行数据核对、诊断、病历打印等操作。

实施例二

除水平斜视和垂直斜视外，本设备还可以通过虹膜特征的变化判断是否有旋转斜视，如有旋转斜视可判断旋转斜视的类型、方向、及旋转的角度。

一种具体实施方式为：

硬件结构和实施例一相同。

显示与控制模块可实现3种显示模式：显示模式一：显示仅左眼可见的视标，显示模式二：显示仅右眼可见的视标，显示模式三：显示双眼可见的视标。

图像拍摄与处理模块可以根据眼睛图像识别左眼虹膜的特征和右眼虹膜的特征。根据虹膜的灰度大于瞳孔但小于巩膜的特点，找到虹膜所在的环形区域并对其大小形状归一化。

标定模块在斜视测量之前，对左眼和右眼分别进行单眼标定时，记录左眼虹膜的特征作为左眼虹膜旋转测量基准，记录右眼虹膜的特征作为右眼虹膜旋转测量基准。本实施例中使用左眼虹膜和右眼虹膜各自标定时的纹理角度特征作为左眼虹膜旋转测量基准和右眼虹膜旋转测量基准，其中虹膜的纹理角度特征是通过图像梯度计算得到的。

数据分析模块在斜视测量阶段，根据标定模块所确定的左眼虹膜旋转测量基准和右眼虹膜旋转测量基准，及图像拍摄与处理模块测得的左眼虹膜纹理角度特征和右眼虹膜纹理角度特征，通过旋转模板匹配计算左眼虹膜和右眼虹膜旋转的角度；设置两个角度阈值H

实施例三

为了得到定量的斜视角数据，需要对眼睛进行标定。实施例一中的标定方式，需要受检者在标定第一阶段看显示装置101上的多个标定视标，并在标定第二阶段进行单点平移校准。本实施例通过双目视觉原理，可实现左眼和右眼各看标定视标一次即可实现标定，节约了标定的时间。标定视标显示的位置和斜视测量视标显示的位置是相同的，顺序是先显示标定视标进行标定，再显示斜视测量视标进行斜视测量。

本实施例中，图像拍摄与处理模块包含2个近红外摄像机，分别为左摄像机201和右摄像机202，还包含2个发光波长为850nm的近红外LED光源，分别为左光源203和右光源204，位于近红外摄像机外侧，图像拍摄与处理模块104位于显示器101下方，其他硬件装置和实施例一相同。每只眼睛能被图像拍摄与处理模块中的至少2个近红外摄像机所拍摄；2个近红外摄像机、2个近红外光源与显示器101之间的相对位置是固定的且相对位置已知。显示器、图像拍摄与处理模块中的左摄像机201、右摄像机202、左光源203、右光源204、显示器101、左眼206、右眼207的相对位置关系如图2所示。

双目摄像机系统可以基于同一物体在左右摄像机上的视差信息，进行三维空间的测距。因此图像拍摄与处理模块104可以计算得到瞳孔中心的三维空间坐标。同理可测得2个近红外光源的角膜反光点的三维空间坐标，并计算角膜球心的三维空间坐标。角膜球心和瞳孔中心的连线即人眼的光轴(也称瞳孔中线)。人眼的视轴是注视目标和人眼视网膜黄斑中心凹的连线。人眼的视轴和光轴的夹角为Kappa角。Kappa角的大小和方向是因人而异的。

本实施例中，使用双摄像机系统进行单点标定的目的就是确定每只眼睛的Kappa角，并对其进行校准，然后计算光轴，对光轴进行Kappa角校准后得到准确的视轴，从而得到准确的眼动点坐标。

具体步骤为：

(一)受检者坐在本测试装置前，将下巴放在头部固定支架106上，眼睛朝向显示器101方向。图像拍摄与处理模块104中的两个近红外摄像机连续拍摄包含双眼区域的图像，并实时计算每只眼睛的瞳孔中心三维空间坐标和每只眼睛两个角膜反光点的三维空间坐标。

(二)计算视轴

如图3所示，在显示器101上显示标定视标，即标定点C，本实施例标定视标和测量视标的位置都是显示器中央。

以左眼标定为例，通过控制滤光片的移动，使左眼可以看见标定视标，右眼不能看见标定视标。根据双目视觉原理，瞳孔中心P

如图3所示，三维空间坐标以左摄像机的光心E为原点，左摄像机光心到右摄像机光心的连线EI所在的直线为X轴，左摄像机的光轴EH所在的直线为Z轴，Y轴垂直于XZ平面(本图未画出)。

左摄像机201和右摄像机202之间的距离为T，F为左摄像机201的成像面的中心，J为右摄像机202的成像面的中心。瞳孔中心P

摄像机的焦距f是已知的，即EF＝IJ＝f。

根据相似三角形原理得到方程④和方程⑤如下：

因为方程④和方程⑤只有两个未知量x和z，其他的值GF、JK、f、T都是已知的，所以可以求解得到：

同理，根据瞳孔中心P

这样瞳孔中心P

又因为左摄像机201和右摄像机202与显示器101的相对位置固定，即标定点C的三维空间坐标是已知的，因此C和左眼瞳孔中心P

(三)计算光轴

瞳孔外侧有球面状的角膜表面。将人眼的角膜外表面视为一个凸面镜，点光源经凸面镜反射会在凸面镜的另一侧形成一个虚像。基于光学成像原理可以知道虚像的位置是由光源与凸面镜所处的位置确定的，和观察者所处的位置无关(即和摄像机所处的位置无关)。另外点光源与虚像所连接而成的空间直线经过凸面镜所在球面的球心。

如图4所示，以左眼为例，移动滤光片遮盖右眼使仅左眼可见标定视标，让受检者注视标定点C，基于上述点光源凸面镜反射成像的光学原理和双目视觉原理，设两个近红外点光源的三维空间位置为R

(四)计算Kappa角

左眼视轴直线与左眼光轴直线的交点是左眼眼球转动的球心O

视轴三维矢量(瞳孔中心朝向标定点的方向)和光轴三维矢量的夹角Δθ

(五)右眼标定

同理可将显示模式切换为仅右眼可见标定点，通过一点标定可测得右眼Kappa角的角度Δθ

(六)眼动点计算

在斜视测量阶段，眼动点计算模块以左眼眼球转动球心为原点，用图像拍摄与处理模块实时计算得到左眼光轴矢量，用左眼光轴矢量的角度实时与Δθ

(七)通过眼动点计算模块得到左眼眼动点坐标和右眼眼动点坐标后，数据分析模块的工作原理和实施例一相同。

在本实施例中，在斜视测量时，还可以用直线连接测量视标坐标点和被遮盖眼的眼球转动球心，如无斜视，此直线应和被遮盖眼的视轴重合，如有斜视，此直线和被遮盖眼视轴的夹角就是斜视角，并可换算成斜视三棱镜度。这种方式和通过眼动点坐标的偏离向量计算斜视三棱镜度的结果是等价的。

实施例四

斜视测量设备中的显示与控制模块、图像拍摄与处理模块，除实施例一所设计的装置外，还可采用以下方式：

(一)

显示与控制模块中包含显示装置，可只发出波长为530nm的绿色可见光，也可只发出波长为670nm的红色可见光，也可同时发出波长为530nm的绿色可见光和波长为670nm的红色可见光；

显示与控制模块还包含两个滤光片，左滤光片位于左眼和显示装置之间，右滤光片位于右眼和显示装置之间，左滤光片可透过波长为530nm的绿光及波长为850nm的近红外光，但不透波长为670nm的红光；右滤光片可透过波长为670nm的红光及波长为850nm的近红外光，但不透波长为530nm的绿光。

左眼通过左滤光片能看到显示装置显示的波长为530nm的绿光构成的视标，不能看到显示装置显示的波长为670nm的红光构成的视标；右眼通过右滤光片能看到显示装置显示的波长为670nm的红光构成的视标，不能看到显示装置显示的波长为530nm的绿光构成的视标；在显示装置发出同时包含波长为530nm的绿光和波长为670nm的红光构成的视标时，左眼和右眼双眼可见视标。

图像拍摄与处理模块可通过左滤光片拍摄到左眼的图像，可通过右滤光片拍摄到右眼的图像。

(二)

显示与控制模块中包含显示装置，可只发出左旋圆偏振光，也可只发出右旋圆偏振光，也可同时发出左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

显示与控制模块还包含两个偏振片，其中左偏振片位于左眼和显示装置之间，右偏振片位于右眼和显示装置之间；左偏振片可透过左旋圆偏振光及波长为850nm的近红外光，不可透右旋圆偏振光；右偏振片可透过右旋圆偏振光及波长为850nm的近红外光，不可透左旋圆偏振光；当显示装置显示仅由左旋圆偏振光构成的视标时，则左眼通过左偏振片能看到视标，右眼通过右偏振片不能看到视标；当显示装置显示仅由右旋圆偏振光构成的视标时，则右眼通过右偏振片能看到视标，左眼通过左偏振片不能看到视标；在显示装置同时发出左旋圆偏振光和右旋偏振光构成的视标时，左眼和右眼双眼可见视标。

图像拍摄与处理模块可通过左偏振片拍摄到左眼的图像，可通过右偏振片拍摄到右眼的图像。

(三)

显示与控制模块包含的显示装置为裸眼3D显示器，可显示仅左眼可见的视标，或仅右眼可见的视标，或显示双眼可见的视标。

(四)

显示与控制模块包含显示装置和自动快门装置，自动快门装置包含左快门镜片和右快门镜片，左快门镜片位于左眼和显示装置之间，右快门镜片位于右眼和显示装置之间；在显示装置显示仅左眼可见的视标时，左快门镜片打开，右快门镜片关闭，此时仅左眼可见视标；在显示装置显示仅右眼可见的视标时，右快门镜片打开，左快门镜片关闭，此时仅右眼可见视标；在显示装置显示双眼可见的视标时，左快门镜片和右快门镜片都打开，双眼可见视标。

(五)

显示与控制模块中的显示装置可以为虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、可视网膜投射图像的眼镜式可穿戴装置等。

另外，本设备显示与控制模块中的显示装置还可以是投影仪、LED灯、印刷的二维图案，小的三维物体等。

本设备图像拍摄与处理模块中的近红外摄像头还可以是微型摄像头，在靠近眼睛的距离进行拍摄。

本设备还可以包含透可见光且反射近红外光的模块，为平面片状，位于眼睛和显示与控制模块中的显示装置之间，近红外摄像机可通过透可见光且反射近红外光的模块拍摄眼睛图像(反射的虚像)，眼睛可通过透可见光且反射近红外光的模块看到显示装置所显示的视标。